JPH0653538A - 半導体受光素子 - Google Patents

半導体受光素子

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JPH0653538A
JPH0653538A JP4219600A JP21960092A JPH0653538A JP H0653538 A JPH0653538 A JP H0653538A JP 4219600 A JP4219600 A JP 4219600A JP 21960092 A JP21960092 A JP 21960092A JP H0653538 A JPH0653538 A JP H0653538A
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JP
Japan
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light
receiving element
light receiving
crystal
semiconductor
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JP4219600A
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English (en)
Inventor
Reiji Ono
玲司 小野
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Toshiba Corp
Toshiba Development and Engineering Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Electronic Engineering Co Ltd
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Publication date
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    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
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Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体受光素子の受光素子自体を入射光に対し
て傾けないでも入射光に対して傾斜面を得ることによ
り、受光素子を光半導体装置に簡単に搭載し、出力信号
のＳ／Ｎ比、最小受信光出力特性の低下を防止する。 【構成】低次の面方位指数を有する結晶面にほぼ一致す
る主面を有する半導体結晶基板１と、この半導体結晶基
板の表面あるいは内部にあって入射光を電気信号に変換
する光検知部７と、前記半導体結晶基板の主面上にあっ
て前記光検知部に光を導入する光入射領域と、前記半導
体結晶基板の主面の少なくとも光入射領域の表面が前記
結晶面よりも高次の面方位指数を有する多数の結晶面か
らなる凹凸面７ａであることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体受光素子に係
り、特に戻り光防止機構を有する半導体受光素子に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、例えばＩｎＰ半導体結晶を用いた
光デバイスが数多く開発されているが、その中の受光素
子は、入射光を電流信号に変換する機能を有している。
【０００３】図９（ａ）乃至（ｄ）は、従来の半導体受
光素子の製造プロセスの工程を示す断面図である。
【０００４】まず、図９（ａ）に示すように、ＩｎＰ結
晶からなる半導体基板９１の面方位（１００）の結晶面
上に、液晶結晶成長法により、ＩｎＰバッファ層９２、
ＩｎＧａＡｓ光吸収層９３、ＩｎＧａＡｓＰアンチメル
トバック層９４、ＩｎＰウィンドー層９５を順次積層す
る。上記結晶成長法として、ＭＯＣＶＤ法やクロライド
ＣＶＤ法などの気相成長法を用いる場合には、面方位
（１００）あるいは面方位（１００）から僅かに傾いた
主面を有するＩｎＰウェハーを使用し、ＩｎＰバッファ
層、ＩｎＧａＡｓ光吸収層、ＩｎＰウィンドー層を順次
積層する。なお、この場合には、前記ＩｎＧａＡｓＰア
ンチメルトバック層を積層しない。
【０００５】次に、図９（ｂ）に示すように、前記Ｉｎ
Ｐウィンドー層９５上に選択拡散用マスク９６を形成
し、封管拡散法によりＺｎを拡散してｐ型領域９７を形
成する。
【０００６】次に、図９（ｃ）に示すように、上記ｐ型
領域９７が形成されたＩｎＰウィンドー層９５上および
前記選択拡散用マスク９６の端部上にｐ型電極９８を蒸
着する。
【０００７】次に、図９（ｄ）に示すように、プラズマ
ＣＶＤ装置により、前記ｐ型領域９７上に戻り光防止用
の反射防止膜９９を形成し、さらに、ＩｎＰ基板の裏面
にｎ型電極１００を蒸着し、合金炉で電極金属を合金化
する。
【０００８】上記のように形成された表面入射型受光素
子は、半導体結晶基板の主面にほぼ平行するｐｎ接合を
有する光検知部が形成されており、この光検知部は、入
射光を電気信号に変換する機能を有する。
【０００９】そして、前記反射防止膜９９は、低次の面
方位指数を有する結晶面である（１００）面にほぼ一致
し、平面である光入射領域表面上に形成され、受光素子
表面での入射光の反射率を下げる機能を有する。もし、
入射光が受光素子表面で反射し、この反射光が発光源、
例えば発光素子に戻ると、発光素子の光、電気的特性が
劣化するが、これを上記反射防止膜９９により防止して
いる。
【００１０】ところで、上記反射防止膜９９は、入射光
の中心波長に対して１／４の波長に相当する膜厚で形成
されているので、入射光の中心波長より波長が離れるに
つれて反射率が高くなる。
【００１１】そこで、図１０に示すように、受光素子１
０１が入射光１０２に対して傾いた向きとなるように光
半導体装置に搭載され、反射光１０３が発光源に戻らな
いようにされている。この場合、受光素子１０１を光半
導体装置に傾けた状態で搭載するために、傾斜部１０４
ａを有する部材１０４の傾斜主表面が水平になるように
光半導体装置の固定治具を設置し、この水平状態になっ
ている傾斜部主表面上に受光素子１０１を搭載し、この
状態の受光素子１０１と光半導体装置のリードピン１０
５との間を金属製ワイヤー１０６により配線する。
【００１２】しかし、上記したような従来の受光素子
は、受光素子自体が入射光に対して傾いた向きとなるよ
うに配置されているので、傾斜角度が大きくなると共に
光入射領域の実効面積が減少し、入射光を電気信号に変
換する光検知部で発生する光電流も減少する。
【００１３】このような光入射領域の実効面積の減少
は、発光源（発光素子、光ファイバーなど）との光学的
結合を困難にし、また、光電流の減少は、出力信号のＳ
／Ｎ比、最小受信光出力特性の低下を生じるという問題
がある。
【００１４】また、図１０に示したように、傾斜部１０
４ａを有する部材１０４の傾斜部主表面が水平になるよ
うに固定するためには、特殊な固定治具が必要になる
が、この固定治具が有する角度は通常固定されているの
で、角度が異なる場合には、その都度、固定治具の交換
を必要とするという問題がある。
【００１５】また、前記リードピン１０５の配線領域と
受光素子１０１の配線領域とは前述の傾斜角度を有して
おり、傾斜面への配線は、配線強度の低下をまねくとい
う問題がある。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
半導体受光素子は、受光素子が入射光に対して傾いた向
きとなるように配置されているので、出力信号のＳ／Ｎ
比、最小受光出力特性の低下を生じるという問題があ
り、受光素子を入射光に対して傾けた状態で光半導体装
置に搭載するための特殊な固定治具が必要になり、固定
治具の交換、配線強度の低下をまねくなどの問題があっ
た。
【００１７】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たもので、受光素子自体を入射光に対して傾けないでも
入射光に対して傾斜面を得ることが可能になり、受光素
子を光半導体装置に簡単に搭載することが可能になり、
出力信号のＳ／Ｎ比、最小受信光出力特性の低下を防止
し得る半導体受光素子を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明は、低次の面方位
指数を有する結晶面にほぼ一致する主面を有する半導体
結晶基板と、この半導体結晶基板の表面あるいは内部に
あって入射光を電気信号に変換する光検知部と、前記半
導体結晶基板の主面上にあって前記光検知部に光を導入
する光入射領域とを具備する半導体受光素子において、
前記半導体結晶基板の主面の少なくとも光入射領域の表
面が前記結晶面よりも高次の面方位指数を有する多数の
結晶面からなる凹凸面であることを特徴とする。
【００１９】
【作用】半導体基板の低次結晶面に対して、面方位依存
性を有する気相のエッチングガスあるいは液相のエッチ
ャントを用いてエッチングを施した場合、その表面は多
数の高次結晶面からなる凹凸面になり、戻り光防止機構
が得られる。
【００２０】従って、受光素子自体を入射光に対して傾
けないでも入射光に対して傾斜面を得ることが可能にな
り、光入射領域の実効面積が減少しなくなり、出力信号
のＳ／Ｎ比、最小受光出力特性が向上する。
【００２１】また、特殊な固定治具を用いなくても、受
光素子を光半導体装置に簡単に搭載することが可能にな
り、受光素子の配線領域の主平面が光半導体装置のリー
ドピンの配線領域の主平面と平行になり、金属製ワイヤ
ーの配線強度が劣化しなくなる。
【００２２】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
【００２３】（実施例１）図１（ａ）乃至（ｅ）は、本
発明の第１実施例に係るＩｎＰ系表面入射型受光素子の
製造プロセスの工程を示す断面図である。
【００２４】まず、図１（ａ）に示すように、ＩｎＰ結
晶からなる半導体基板１の面方位（１００）の結晶面上
に、液晶結晶成長法により、ＩｎＰバッファ層２、Ｉｎ
ＧａＡｓ光吸収層３、ＩｎＧａＡｓＰアンチメルトバッ
ク層４、ＩｎＰウィンドー層５を順次積層する。
【００２５】次に、図１（ｂ）に示すように、上記Ｉｎ
Ｐウィンドー層５上に選択拡散用マスク６を形成し、封
管拡散法によりＺｎを拡散してｐ型領域７を形成する。
【００２６】次に、図１（ｃ）に示すように、上記ｐ型
領域（低次結晶面）７に対して、面方位依存性を有する
気相のエッチングガスあるいは液相のエッチャントを用
いてエッチングを施し、ｐ型領域７の表面に連続した多
数の高次結晶傾斜面からなる凹凸面７ａを形成する。
【００２７】次に、図１（ｄ）に示すように、電子ビー
ム蒸着法により、前記ｐ型領域７が形成されたＩｎＰウ
ィンドー層５上および前記選択拡散用マスク６の端部上
にｐ型電極８を蒸着する。
【００２８】次に、図１（ｅ）に示すように、プラズマ
ＣＶＤ装置により、前記ｐ型領域７上に戻り光防止用の
反射防止膜９を形成し、さらに、抵抗加熱法あるいは電
子ビーム蒸着法により、ＩｎＰ基板１の裏面にｎ型電極
１０を蒸着し、合金炉で電極金属を合金化する。
【００２９】即ち、上記のように製造された表面入射型
受光素子は、半導体結晶基板の主面上に積層され、か
つ、基板主面にほぼ平行するｐｎ接合を有する光検知部
が形成されており、入射光を電気信号に変換する機能を
有する。
【００３０】また、図１（ｃ）に示した工程により、光
入射領域の表面に連続した多数の高次結晶面からなる凹
凸面７ａが形成されており、戻り光防止機構を有する。
【００３１】ここで、高次結晶面からなる凹凸面７ａが
形成される理由を説明する。
【００３２】ＩｎＰ結晶基板に異原子をドーピングした
場合、ドーパントの種類によってＩｎ、Ｐのどちらの原
子と置き換わるかが異なる。この場合、Ｚｎ（あるいは
Ｓｎ）をドーピングすると、Ｉｎの原子と置き換わる。
このＩｎＰ結晶中のドーパントの位置の違いと、エッチ
ャントの種類、エッチングの方法により、エッチング速
度の面方位依存性が異なる。
【００３３】そこで、Ｚｎ（あるいはＳｎ）をドーピン
グしたＩｎＰ結晶に対して、適切なエッチャント、エッ
チング方法を用いて（１００）面上をエッチングした場
合には、エッチング速度の遅いＩｎとＺｎ（あるいはＳ
ｎ）により構成される高次の面が形成される。つまり、
エッチング後の結晶表面は、（１００）主平面に対して
角度を有する多数の面によって形成される。
【００３４】図２は、光入射領域のエッチング工程で用
いられるエッチング装置の一具体例を示す平面図であ
る。
【００３５】スターラー２１上のシャーレ２２の中央に
は、エッチング液を回転させるための回転子２３が設置
されている。まず、耐酸性ホルダー２４などに張り付け
たＩｎＰ基板１を回転子２３の周囲に設置する。次に、
シャーレ２２にエッチング液を入れ、中央の回転子２３
によりエッチング液を１０００ｒｐｍの回転数で１０分
間回転させることにより、エッチングを施す。
【００３６】図３（ａ）は、光入射領域表面の高次結晶
面の凹凸状態の観察例を示す斜視図である。
【００３７】図３（ｂ）は、上記高次結晶面の断面構造
を示す断面図である。
【００３８】図４は、受光素子の戻り光の強度を測定す
るための測定系の構成を示す。
【００３９】４０は受光素子、４１は光源、４２は入射
光、４３はハーフミラー、４５は戻り光、４６は戻り光
検知器、４７は光強度メータである。
【００４０】光源４１から出力した強度Ｐ0 を有する入
射光４２は、ハーフミラー４３をー経て受光素子４０に
入射する。この場合、入射光４２の何割かは受光素子４
０の光入射領域で反射して戻り光４５となり、さらに、
ハーフミラー４３に到達し、その表面で反射する。この
戻り光４５は、戻り光検知器４６で検知され、その強度
Ｐ1 が光強度メータ４７で測定されることにより、入射
光出力強度Ｐ0 に対する戻り光強度Ｐ1 （反射率）が求
められる。
【００４１】図５は、図４の測定系による反射率測定結
果の一例を示す特性図である。
【００４２】この図は、受光素子の光入射領域表面が入
射光に対して垂直になるように配置された状態（受光素
子の傾きが０°）から受光素子の光入射領域表面が入射
光に対して例えば３０°まで傾けられた状態にわたって
測定した結果を示している。
【００４３】ここで、実線は本実施例の戻り光防止機構
を設けた表面入射型受光素子の測定結果、破線は従来の
表面入射型受光素子の測定結果を示す。
【００４４】本実施例の受光素子は、受光素子の傾きが
０°の場合でも反射率は低く、受光素子を徐々に傾けて
いくと、光入射領域表面に形成した凹凸面の角度の２０
°付近で反射率が最大になり、それ以上傾けていくと反
射率は低下する。
【００４５】従来の受光素子は、受光素子の傾きが０°
の場合に反射率が最大になり、受光素子を徐々に傾けて
いくと、それにつれて反射率も低下し、１２°付近で反
射率が最低になった。
【００４６】上記結果から、本実施例の受光素子は、受
光素子の傾きが０°の場合でも戻り光が低減されること
が確認された。
【００４７】図６（ａ）は、本実施例の受光素子につい
て、受光素子とこれを搭載する光半導体装置のリードピ
ンとの間に結線された金線の引っ張り強度の分布状態
（試料が３０個の場合）を測定した結果を示すヒストグ
ラムである。
【００４８】これと対比するために、従来例の受光素子
とこれを搭載する光半導体装置のリードピンとの間に結
線された金線の引っ張り強度の分布状態を測定した結果
を図６（ｂ）に示した。
【００４９】上記結果から、本実施例の受光素子では、
受光素子の配線領域とリードピンの配線領域とが平行に
なるので、金線の引っ張り強度が低下しないことが確認
された。
【００５０】即ち、本実施例の受光素子によれば、半導
体基板の低次結晶面に対して、面方位依存性を有する気
相のエッチングガスあるいは液相のエッチャントを用い
てエッチングを施すことにより、その表面に多数の高次
結晶面からなる凹凸面７ａが形成され、戻り光防止機構
が得られる。
【００５１】従って、受光素子自体を入射光に対して傾
けないでも入射光に対して傾斜面を得ることが可能にな
り、光入射領域の実効面積が減少しなくなり、出力信号
のＳ／Ｎ比、最小受光出力特性が向上する。
【００５２】また、特殊な固定治具を用いなくても、受
光素子を光半導体装置に簡単に搭載することが可能にな
り、受光素子の配線領域の主平面が光半導体装置のリー
ドピンの配線領域の主平面と平行になり、金属製ワイヤ
ーの配線強度が劣化しなくなる。
【００５３】（実施例２）図７（ａ）乃至（ｅ）は、本
発明の第２実施例に係るＩｎＰ系表面入射型受光素子の
製造プロセスの工程を示す断面図である。
【００５４】まず、図７（ａ）に示すように、ＩｎＰ結
晶からなる半導体基板１の面方位（１００）の結晶面上
に、ＭＯＣＶＤ法により、ＩｎＰバッファ層２、ＩｎＧ
ａＡｓ光吸収層３、ＳｎドープＩｎＰウィンドー層７５
を順次積層する。
【００５５】次に、図７（ｂ）に示すように、上記Ｓｎ
ドープＩｎＰウィンドー層７５上に選択拡散用マスク６
を形成する。さらに、光入射領域に対して、面方位依存
性を有する気相のエッチングガスあるいは液相のエッチ
ャントを用いてエッチングを施し、光入射領域の表面に
連続した多数の高次結晶傾斜面からなる凹凸面７ａを形
成する。
【００５６】次に、図７（ｃ）に示すように、封管拡散
法によりＺｎを拡散してｐ型領域７を形成する。
【００５７】次に、図７（ｄ）に示すように、電子ビー
ム蒸着法により、前記ｐ型領域７が形成されたＩｎＰウ
ィンドー層７５上および前記選択拡散用マスク６の端部
上にｐ型電極８を蒸着する。
【００５８】次に、図７（ｅ）に示すように、プラズマ
ＣＶＤ装置により、前記光入射領域上に戻り光防止用の
反射防止膜９を形成し、さらに、抵抗加熱法あるいは電
子ビーム蒸着法により、ＩｎＰ基板の裏面にｎ型電極１
０を蒸着し、合金炉で電極金属を合金化する。
【００５９】本実施例２による表面入射型受光素子も、
前述した実施例１による表面入射型受光素子と同様の効
果が得られた。
【００６０】（実施例３）図８（ａ）乃至（ｆ）は、本
発明の第３実施例に係るＩｎＰ系裏面入射型受光素子の
製造プロセスの工程を示す断面図である。
【００６１】まず、図８（ａ）に示すように、面方位
（１００）から僅かに傾いた主面、例えば＜１１０＞方
向に２°傾いた主面を有するＳｎドープＩｎＰ基板８１
上に、クロライドＣＶＤ法により、ＩｎＰバッファ層
２、ＩｎＧａＡｓ光吸収層３、ＩｎＰウィンドー層５を
順次積層する。
【００６２】次に、図８（ｂ）に示すように、上記Ｉｎ
Ｐウィンドー層５上に選択拡散用マスク６を形成し、封
管拡散法によりＺｎを拡散してｐ型領域７を形成する。
【００６３】次に、図８（ｃ）に示すように、電子ビー
ム蒸着法により、前記ｐ型領域７上にｐ型電極８を蒸着
する。
【００６４】次に、図８（ｄ）に示すように、プラズマ
ＣＶＤ装置により、前記ＳｎドープＩｎＰ基板８１の裏
面上で前記ｐ型領域７に対向する部分に光入射領域を露
出させた誘電体薄膜８２を形成する。
【００６５】次に、図８（ｅ）に示すように、上記光入
射領域に対して、面方位依存性を有する気相のエッチン
グガスあるいは液相のエッチャントを用いてエッチング
を施し、光入射領域の表面に連続した多数の高次結晶傾
斜面からなる凹凸面７ａを形成する。
【００６６】次に、図８（ｆ）に示すように、プラズマ
ＣＶＤ装置により、前記光入射領域上に戻り光防止用の
反射防止膜９を形成し、さらに、抵抗加熱法あるいは電
子ビーム蒸着法により、光入射領域外にｎ型電極１０を
蒸着し、合金炉で電極金属を合金化する。
【００６７】本実施例３による表面入射型受光素子も、
前述した実施例１による表面入射型受光素子と同様の効
果が得られた。
【００６８】
【発明の効果】上述したように本発明によれば、受光素
子自体を入射光に対して傾けないでも入射光に対して傾
斜面を得ることが可能になり、受光素子を光半導体装置
に簡単に搭載することが可能になり、出力信号のＳ／Ｎ
比、最小受信光出力特性の低下を防止し得る半導体受光
素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る表面入射型受光素子
の製造プロセスの工程を示す図。
【図２】図１（ｃ）の工程で用いられるエッチング装置
の一具体例を示す平面図。
【図３】図１の工程で得られた光入射領域表面の高次結
晶構造を示す写真であり、（ａ）は斜視図で（ｂ）は断
面図。
【図４】受光素子の戻り光の強度を測定するための測定
系を示す構成図。
【図５】図４の測定系による反射率測定結果の一例を示
す特性図。
【図６】受光素子とこれを搭載する光半導体装置のリー
ドピンとの間に結線された金線の引っ張り強度の分布状
態を測定した結果を示すヒストグラム。
【図７】本発明の第２実施例に係る表面入射型受光素子
の製造プロセスの工程を示す図。
【図８】本発明の第３実施例に係る裏面入射型受光素子
の製造プロセスの工程を示す図。
【図９】従来の表面入射型受光素子の製造プロセスの工
程を示す図。
【図１０】従来の表面入射型受光素子を搭載した光半導
体装置の一部を示す側面図。
【符号の説明】
１…ＩｎＰ結晶基板、２…ＩｎＰバッファ層、３…Ｉｎ
ＧａＡｓ光吸収層、４…ＩｎＧａＡｓＰアンチメルトバ
ック層、５…ＩｎＰウィンドー層、６…選択拡散用マス
ク、７…ｐ型領域、８…ｐ型電極、９…反射防止膜、１
０…ｎ型電極、７５…ＳｎドープＩｎＰウィンドー層、
８１…ＳｎドープＩｎＰ結晶基板、８２…誘電体薄膜。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 低次の面方位指数を有する結晶面にほぼ
    一致する主面を有する半導体結晶基板と、この半導体結
    晶基板の表面あるいは内部にあって入射光を電気信号に
    変換する光検知部と、前記半導体結晶基板の主面上にあ
    って前記光検知部に光を導入する光入射領域と、前記半
    導体結晶基板の主面の少なくとも光入射領域の表面が前
    記結晶面よりも高次の面方位指数を有する多数の結晶面
    からなる凹凸面であることを特徴とする半導体受光素
    子。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体受光素子におい
    て、 前記光入射領域は、Ｉｎ(1-x) Ｇａx Ａｓy Ｐ
    (1-y) （０≦x ，y ≦１）あるいはＳｉあるいはＧｅの
    結晶からなることを特徴とする半導体受光素子。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の半導体受光素子におい
    て、 前記光入射領域は、ＩｎＰ結晶からなり、ＳｎまたはＺ
    ｎがドーピングされていることを特徴とする半導体受光
    素子。
  4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
    半導体受光素子において、前記低次の面方位指数を有す
    る結晶面は、（１００）面であることを特徴とする半導
    体受光素子。
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